Il bilanciamento è la controparte attiva dell'abbinamento delle celle: restringe la divergenza di stato di carica creata dalla discordanza in serie (Articolo 29) così che le celle si avvicinino insieme alla carica completa e il caricatore possa terminare senza sacrificare le ritardatarie né maltrattare le leader. Il bilanciamento NiMH differisce da quello al litio in modo cruciale – la corrente di sovraccarica è consumata dalla ricombinazione interna anziché immagazzinata, conferendo alla chimica una limitata tendenza autobilanciante che il progettista può sfruttare ma non deve fidarsi troppo. Questo lavoro confronta il bilanciamento passivo e attivo e un terzo approccio specifico del NiMH – la modellazione del profilo di carica – e spiega come dimensionare e temporizzare il bilanciamento affinché lavori con la chimica di ricombinazione invece che contro di essa.
Nei pack al litio il bilanciamento è essenziale perché ogni sovraccarica è pericolosa; nel NiMH il negativo sovradimensionato e l'anello di ricombinazione tollerano una sovraccarica limitata, e la cella leader, una volta piena, «assorbe» di fatto la corrente continuata sotto forma di calore mentre le ritardatarie recuperano – un rudimentale meccanismo passivo di autobilanciamento. Per questo i semplici pack NiMH possono caricarsi in serie senza alcun bilanciatore: la sovraccarica controllata delle leader è precisamente il modo in cui le ritardatarie vengono riempite.
Il costo è esattamente l'usura da sovraccarica degli Articoli da 21 a 23, localizzata nelle celle leader; il bilanciamento ingegnerizzato mira a riempire le ritardatarie minimizzando quella sovraccarica forzata delle leader, scambiando hardware aggiuntivo con una vita più lunga del pack e una terminazione più pulita.
Il bilanciamento passivo commuta una resistenza sulle celle più alte per deviare parte della corrente (o per scaricarle durante i riposi), tenendo le leader vicino al pieno mentre la corrente prosegue verso le ritardatarie; è semplice ed economico ma dissipa energia in calore – scomodo in un pack che già gestisce il calore di carica – ed è lento, perché le correnti di derivazione pratiche sono piccole rispetto alla corrente di carica, quindi funziona meglio alle basse correnti della banda terminale o durante i riposi anziché contro una carica di massa a 1C.
Per il NiMH, il bilanciamento passivo è più efficace come equalizzatore di fine carica e di riposo: man mano che la corrente scende vicino al pieno, modeste correnti di derivazione diventano comparabili alla corrente di carica e possono davvero trattenere le leader mentre le ritardatarie completano, allineandosi naturalmente a un profilo multistadio.
I bilanciatori attivi spostano energia dalle celle più alte a quelle più basse (topologie a condensatore, induttore o trasformatore) con meno calore disperso, equalizzando più rapidamente e a correnti effettive più elevate; si addicono ai grandi pack di trazione e mobilità di alto valore, dove vita del pack ed efficienza energetica giustificano il costo. Durante la carica prelevano continuamente l'eccedenza dalle leader e la consegnano alle ritardatarie, tenendo la stringa serrata così che tutte le celle culminino insieme e il -delta-V del pack riacquisti chiarezza (Articolo 29).
Il loro controllo deve essere conciliato con l'OCV piatta del NiMH (Articolo 16): poiché la tensione rivela a malapena il SOC a metà carica, le decisioni di bilanciamento attivo è meglio basarle sul comportamento di fine carica, sui conteggi di coulomb o sulla temporizzazione relativa dei picchi anziché sulle differenze di tensione a metà carica, che riflettono perlopiù discordanze di resistenza e temperatura.
Un terzo approccio specifico del NiMH equalizza attraverso il profilo di carica stesso: la carica a impulsi con riposi lascia che le celle leader si rilassino e si autoscarichino parzialmente per ricombinazione mentre le ritardatarie continuano ad assorbire agli impulsi successivi (Articolo 13); gli impulsi negativi Reflex scaricano brevemente l'intera stringa, con le leader che cedono relativamente di più (Articolo 14); e terminare presto la carica di massa per poi finire a bassa corrente dà all'autobilanciamento basato sulla ricombinazione il tempo di raggruppare le celle con il minimo stress. Questi metodi riducono la divergenza senza hardware di potenza per cella.
La modellazione della carica non può correggere grandi discordanze ed è bene combinarla con un abbinamento in ingresso stretto; è tuttavia essenzialmente gratuita ed è il motivo per cui un profilo multistadio/a impulsi ben progettato gestisce sia il gas sia un parziale bilanciamento.
La corrente di bilanciamento necessaria deriva dalla divergenza attesa per ciclo: stimare la dispersione in ampere-ora accumulata tra le occasioni di equalizzazione e dimensionare la corrente di derivazione/trasferimento e la finestra di equalizzazione per azzerarla, concentrando l'azione a fine carica e durante il riposo, dove il NiMH equalizza più efficientemente. Il controllo deve usare la logica cella-più-calda e prima-piena degli Articoli da 28 a 29, evitare di bilanciare una cella guasta e registrare la divergenza residua come metrica di salute.
La prima figura confronta come gli approcci passivo, attivo e di modellazione raggruppano SOC divergenti; la seconda sequenzia una strategia combinata di abbinamento stretto, carica modellata ed equalizzazione attiva di banda terminale.
Specificare la classe di abbinamento, la topologia e la corrente di bilanciamento, la base di SOC per le decisioni (comportamento di fine carica anziché OCV piatta a metà carica), e l'interazione con terminazione e controllo termico; validare su stringhe deliberatamente invecchiate e discordanti per mostrare che le leader restano entro i limiti di sovraccarica e temperatura mentre le ritardatarie raggiungono il pieno. Weijiang fornisce set abbinati e i dati di comportamento delle celle necessari per dimensionare il bilanciamento, supportando sia i semplici pack consumer autobilancianti sia i pack di mobilità a bilanciamento attivo. Il prossimo contributo della serie lascia cella e pack per esaminare come la carica differisca nei grandi mondi applicativi.
Weijiang Power progetta e produce celle nichel-metallo idruro, pack abbinati e configurazioni pronte da caricare per clienti consumer, industriali, medici e della mobilità, e supporta i partner con indicazioni sui protocolli di carica, file di prestazioni IEC 61951-2, evidenze di sicurezza IEC 62133-1 e co-validazione dei caricatori. Comunicate il formato della cella, la corrente di carica, l'intervallo termico e l'obiettivo di cicli, e i nostri ingegneri definiranno la combinazione cella-carica che protegge sia il tempo di funzionamento sia la durata. Consultate la gamma nella pagina dei prodotti.
